Caractérisation géométrique d’organes tubulaires

Geometrical analysis of tubular organs

• Auteur / Autrice : Florent Grelard
• Direction : Jean-Philippe Domenger
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 04/12/2017
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques et informatique (Talence, Gironde ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Laboratoire bordelais de recherche en informatique
• Jury : Président / Présidente : Nicolas Passat
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Fabien Baldacci, Jacques-Olivier Lachaud, Anne Vialard
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Isabelle Debled-Rennesson, Serge Miguet

Mots clés

Mots clés contrôlés

Algorithmes

Imagerie médicale

Traitement d'images -- Techniques numériques

Mots clés libres

Organes tubulaires

Mesure de covariance des cellules de Voronoï

Plans orthogonaux

Squelette

Tubular organs

Voronoï covariance measure

Orthogonal planes

Skeleton

Résumé

Cette thèse s’inscrit dans un contexte d’analyse d’images médicales et s’attache plus particulièrement à l’étude des organes tubulaires (vaisseaux, bronches, neurones...). De nombreuses pathologies, telles que les bronchopneumopathies chroniques obstructives (BPCO) pour les bronches, affectent la structure des organes tubulaires. Des outils automatiques sont nécessaires afin d’effectuer des mesures précises, reproductibles et permettant un suivi dans le temps. L’objectif de la thèse est de proposer de nouveaux outils facilitant la caractérisation automatique de ces organes. Cette caractérisation se base le plus souvent sur l’analyse de la géométrie de l’organe segmenté. Il existe de nombreuses méthodes permettant d’effectuer des mesures géométriques, mais certaines nécessitent d’extraire des sous-représentations de l’organe. Dans le cadre de cette thèse, nous nous intéressons à deux de celles-ci : le squelette curvilinéaire et les plans de coupe 2D reconstruits orthogonalement à l’axe de l’organe. Notre première contribution est une méthode d’estimation précise des plans orthogonaux. Nous avons également proposé un algorithme de squelettisation spécifique aux organes tubulaires, ainsi que des outils d’amélioration de squelettes existants. De plus, nous présentons à la fin de ce document, un travail en cours sur une méthode de filtrage de structures tubulaires à partir d’images en niveaux de gris.

This thesis is dedicated to the study of tubular organs, such as blood vessels, bronchii, or neurons. Several diseases, such as chronic obstructive pulmonary disease (COPD) for bronchii, distort the structure of tubular organs. Several tools are necessary in order to make precise and reproducible measurements and to track the organ over time. The main goal of this thesis is to define new tools for the automatic characterization of tubular organs. This characterization is based on the geometrical analysis from a segmentation. There are various state-of-the-art methods to perform geometrical measurements, but some of them require to extract alternative representations from the organ. In this thesis, we focus on two of these : curvilinear skeletons and 2D planes computed from the axis of the tube. Our first contribution is a method for the precise estimation of orthogonal planes. In addition, we propose a skeletonization algorithm as well as methods to improve existing skeletons. At the end of this manuscript, we introduce a method from a work in progress which allows to filter tubular structures in grayscale images.